ИННОВАЦИОННЫЕ СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ КАРТОФЕЛЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

40

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

УДК 631.243.4:537.811

Лысаков А. А.

Lysakov A. A.

ИННОВАЦИОННЫЕ СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ КАРТОФЕЛЯ

INNOVATIVE WAYS TO REDUCE LOSSES OF POTATOES

Уровень потребления картофеля населением в России традиционно высок. Проблемой в современных экономических условиях является то, что объёмы производства картофеля внутри страны не удовлетворяют в полной мере потребностей граждан в этом продукте питания, поэтому довольно значительное его количество импортируется из-за рубежа. Одним из наиболее эффективных методов увеличения доступного потребителям количество картофеля в стране без дополнительных затрат на внешние его закупки (кроме увеличения объёма производства в РФ), является сокращение потерь картофеля при хранении, которое можно достичь не только традиционными способами, но и применяя воздействие различных физических факторов, таких как магнитное поле, электрический ток, ионизация. Изучение влияния этих способов воздействия на картофель является актуальной задачей.

Ключевые слова: картофель, хранилище, уменьшение потерь, ГМО-картофель, электромагнитное влияние, ионизация, постоянный ток, переменный ток, продовольственная безопасность.

The consumption of potatoes in a population of Russia is traditionally high. The problem in today's economy is that the volume of potato production in the country do not meet the full needs of the citizens in this food, so it is quite a significant amount of it is imported from abroad. One of the most effective methods available to consumers to increase the number of potatoes in the country at no additional cost to its external purchases (except for the increase in production in Russia) is to reduce the losses of potatoes in storage, which can be achieved not only by traditional methods, but applying the effects of various physical factors such as magnetic field, electric current, the ionization. Studies on the effect of these methods of influence on the potato is an urgent task.

Key words: potato, storage, less waste, GMO potatoes, electromagnetic impact, ionization, direct current, alternating current, food security.

Лысаков Александр Александрович -

Кандидат технических наук, доцент кафедры

применения электрической энергии в сельском хозяйстве

Ставропольский государственный аграрный университет

г. Ставрополь

Тел.: +7-918-867-32-63

Е-mail: s_lysakov@mail.ru

Lysakov Alexander Alexandrovich -

PhD of technical sciences,

docent of department use electrical energy in agriculture

of Stavropol State Agrarian University

Stavropol

Тel.: +7-918-867-32-63 Е-mail: s_lysakov@mail.ru

Соблюдение правильного хранения сельскохозяйственной продукции обеспечивает круглогодичное снабжение населения страны продуктами питания и сохраняет их высокие питательные и вкусовые качества, а также внешний вид. Кроме того, правильное хранение сельскохозяйственной продукции напрямую связано с продовольственной безопасностью Российской Федерации, поэтому улучшение условий хранения и сокращение потерь продукции в картофелехранилищах является важной и актуальной проблемой.

К основным современным способам хранения картофеля относятся следующие: метод активного вентилирования, использование химических препаратов, получение генномоди-фицированного (ГМО) картофеля, который не подвержен гниению. Однако, в силу ряда причин, эти способы имеют ряд недостатков экономического, технического, технологического характера [1].

В последние годы достигнуты заметные успехи в организации хранения картофеля, однако потери всё ещё остаются достаточно большими и качество клубней при хранении заметно ухудшается, поэтому предпринимаются попытки ис-

пользования новых вариантов обработки клубней картофеля перед закладкой на хранение. К таким способам относятся электрофизические - использование электромагнитного поля (переменного, постоянного, пульсирующего), СВЧ полей, обработка отрицательными ионами, электрическими полями коронного разряда [2].

Наиболее интересным и малоизученным является исследование влияния электрофизических способов обработки картофеля на лежкость клубней картофеля - это являлось целью эксперимента. В ходе эксперимента необходимо было решить следующие задачи: установить характер влияния электрофизического воздействия на клубни картофеля; определить оптимальные параметры электрофизического воздействия на уменьшение массы картофеля; определить динамику изменения массы обработанных клубней картофеля по сравнению с необработанными.

В качестве физиологических факторов исследовались: обработка клубней картофеля электромагнитными полями постоянного тока, переменного тока, аэроионизация клубней картофеля, обработка клубней картофеля в поле СВЧ.

При проведении эксперимента использовались стандартные методы исследований: метод многофакторного эксперимента, статистический

в

естник ЛПК

Ставрополья

№ 4(20), 2015

анализ, определение адекватности. Измерительные приборы, используемые в эксперименте, сертифицированы в Российской Федерации: электронные весы, вольтметр, амперметр, секундомер, миллитесламетр, пирометр для измерения температуры, датчики влажности, микроскоп. Сорт картофеля во всех опытах - Раменский. Эффективность обработки оценивалась по остаточной массе клубней, определяемой по формуле:

т,

Д = 100 - • 100),

тк

где тН, тК - масса клубней в начале и конце опыта.

Во время экспериментальных исследований целые и поврежденные клубни картофеля подвергались электрофизической обработке и закладывались на хранение в пакетах на 16 суток при постоянной температуре воздуха 25 о С

А, %

и влажности 60 процентов. Во время экспери-м ен та и зм еря лась масса кл убн ей , а у п овреж-денных площадь и толщина корки [3,4].

Обработка клубней картофеля отрицательными аэроионами происходила следующим образом: в закрытую емкость укладывался картофель и устанавливался генератор отрицательных аэроионов, генератор включался на время от 1 мин. до 15 мин., концентрация ионов составляла 1900 ион/см3. Результаты эксперимента представлены на рисунке 1. Из диаграммы, представленной на рисунке 1 видно, что наибольшая потеря массы (39 процентов) наблюдается у контроля, однако увеличение времени обработки клубней аэроионами не снижает убыль массы, как ожидалось в процессе эксперимента, а имеет неустойчивый характер. Оптимальным режимом обработки является время равное 5 минутам или близкое к нему, поэтому данный режим необходимо дополнительно исследовать [5,6].

ир, мин

Рисунок 1 - Зависимость убыли массы картофеля А (%) от времени обработки отрицательными аэроионами 11обр (мин) (к - необработанный контроль)

Для СВЧ-обработки в поле частотой 2500 МГц время обработки клубней изменялось от 1 до 30 секунд.

Результаты, полученные в процессе эксперимента показали, что минимальная убыль массы

обработка СВЧ-полями длительностью в 1 секунду уменьшает массу картофеля до 50 процентов за 16 суток [7]. Данный способ обработки наиболее подходит для сушки картофеля или другой тепловой обработки с дальнейшей пере-

в 39 % наблюдалась у контроля; даже начальная работкой (рис. 2).

А, %

Рисунок 2 - Зависимость убыли массы картофеля А (%) от времени СВЧ-обработки

1обр (с) (к - необработанный контроль)

42

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

Обработка клубней картофеля электромагнитными полями постоянного и переменного тока осуществлялась при помощи электромагнитного устройства, переменное или постоянное магнитное поле создавалось при помощи подключения к соответствующему источнику напряжения [8,9].

Электромагнитное устройство является принципиально новым, позволяющим позитивно изменить как сам процесс магнитной обработки, так и средства его реализации. Конструкция и технология изготовления данного аппарата позволяет приспосабливать его для выполнения конкретной задачи магнитной обработки вещества, использовать аппараты различной производительности и различных диаметров проходного сечения [10,11].

Клубни картофеля помещались внутрь устройства, где создавалось электромагнитное поле. Первая партия картофеля обрабатывалась в электромагнитном поле постоянного тока с индукцией 1,27 мТл и временем обработки от 10 секунд до 60 секунд. Вторая партия картофеля обрабатывалась в электромагнитном поле переменного тока с индукцией 0,35 мТл и таким же временем обработки. В результате эксперимента было установлено, что минимальные потери массы картофеля наблюдались при обработке в электромагнитном поле постоянного тока (табл.1).

Таблица 1 - Результаты электромагнитной обработки картофеля

Вид и параметры обработки Убыль массы картофеля, проц.

1. Электромагнитное поле постоянного тока, В = 1,27 мТл, время обработки 10 сек 33

2. Электромагнитное поле постоянного тока, В = 1,27 мТл, время обработки 60 сек 61

3. Электромагнитное поле переменного тока, В = 0,35 мТл, время обработки 20 сек 60

4. Электромагнитное поле переменного тока, В = 0,35 мТл, время обработки 60 сек 72

5. Контроль (необработанный картофель) 39

При обработке клубней картофеля электромагнитными полями переменного тока, было установлено, что огромную роль играет доза магнитной обработки вещества, которая определяется как произведение магнитной индукции В (Тл) на время нахождения г (с) объекта в магнитном поле. Результаты обработки картофеля электромагнитным полем представлены на рисунке 3, из которого можно заключить, что в диапазоне от 6 до 8 мТл-с убыль массы картофеля меньше, чем у необработанного контроля.

Рисунок 3 - Зависимость убыли массы картофеля А (%) от магнитной дозы обработки Вг (мТлс)

(2-контроль)

Исследования влияния электромагнитных полей на растения, фрукты, овощи установили положительное воздействие, однако, на сегодняшний момент, отсутствует четкое теоретическое обоснование, позволяющее окончательно выяснить механизм влияния магнитного поля. Ряд ученых связывает изменения в растениях с влиянием магнитного поля на воду, содержащуюся в них [12-15].

Высказан ряд гипотез, которые предлагается классифицировать на следующие три группы: - первая, объединяющая большинство гипотез, связывает действие магнитных полей на ионы солей, присутствующих в воде; под влиянием магнитного поля происходит поляризация ионов и их де-

формация, что повышает вероятность их сближения и в конечном итоге образование центров кристаллизации;

- вторая группа предполагает действие магнитного поля на примеси воды, находящиеся в коллоидном состоянии;

- третья группа объединяет представления о возможном влиянии магнитного поля на структуру воды. Это влияние с одной стороны, может вызвать изменения в агрегации молекул воды, с другой - нарушить ориентацию ядерных спинов водорода в молекулах.

Для подтверждения или опровержения указанных выше гипотез, а также для выдвижения собственной научной гипотезы, у клубней кар-

№ 4(20), 2015

тофеля были выполнены срезы мякоти и исследованы под микроскопом при одинаковом увеличении. Срезы проводились перед обработкой и после окончания эксперимента. Структура исследовалась при увеличении микроскопа 5Х и 10Х. Сравнения проводились для необработанных клубней, клубней с минимальными и максимальными потерями массы.

По окончании эксперимента установлено, что в результате электромагнитного воздействия в клубне картофеля происходят структурированные изменения, выражающиеся в изменении концентрации и размеров солей крахмала и частиц влаги. Для опытного клубня картофеля с минимальными потерями массы наблюдается увеличение концентрации частиц влаги и их размеров (рис. 4в, 4г) по сравнению с необработанным контрольным клубнем (рис. 4а, 4б). Для опытного клубня с максимальными по-

терями массы наблюдается буквально разрушение внутренней структуры, которую сложно рассмотреть при принятом в эксперименте увеличении микроскопа (рис. 4д, 4е). Очевидно, что в результате магнитного воздействия произошло разрушение внутренней структуры частиц влаги на клеточном уровне, в результате ускорился процесс испарения не только влаги, но и процесс уменьшения массы. Этот факт подтверждается и для порезанных, поврежденных клубней. У картофеля, обработанного электромагнитным полем с дозой обработки от 6 до 8 мТлс защитная пленка образовывалась значительно раньше, чем при других значениях электромагнитного воздействия. В результате потери массы клубня уменьшались. При других значениях электромагнитного воздействия защитная пленка практически не образовывалась, и такие клубни превращались в засохший плод.

Рисунок 4 - Структура частиц крахмала и влаги в картофеле по окончании эксперимента: а) необработанный контроль, увеличение 5Х; б) необработанный контроль, увеличение 10Х; в) клубень с минимальными потерями, увеличение 5Х; г) клубень с минимальными потерями, увеличение 10Х; д) клубень с максимальными потерями, увеличение 5Х; е) клубень с максимальными потерями, увеличение 10Х

44

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

В целом, можно заключить следующее:

- проведенные экспериментальные исследования подтвердили возможность использования электромагнитной обработки клубней для сохранения массы картофеля и улучшения его лежкости;

- результаты обработки картофеля электромагнитным полем, позволяют заключить, что существует значение (или ди-

апазон значений) для дозы магнитной обработки, при котором убыль массы картофеля меньше, чем у необработанного контроля;

- электромагнитная обработка оказывает воздействие на внутреннюю структуру картофеля, изменяя концентрацию и размеры частиц влаги и крахмала, что, в свою очередь, отражается на массе картофеля.

Литература

1. Лысаков А. А., Самарин Ф. Ф. Современные технологии хранения картофеля // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. тр. Ставрополь : АГРУС.2010. С. 185-188.

2. Никитенко Г. В., Лысаков А. А., Самарин Ф. Ф. Использование электрофизических способов обработки картофеля для уменьшения его потерь // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. тр. Ставрополь : АГРУС. 2010. С. 189-191.

3. Лысаков А. А., Забилян И. В. Улучшение условий хранения картофеля при помощи физических факторов // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. тр. Ставрополь: АГРУС. 2011. С.160-163.

4. Никитенко Г В., Лысаков А. А., Самарин Ф. Ф. Электромагнитное устройство для уменьшения потерь картофеля при хранении // Достижения науки и техники АПК. 2010. № 9. С. 71-72.

5. Лысаков А. А. Новые способы хранения картофеля // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. Ставрополь: АГРУС. 2011. С. 168-171.

6. Лысаков А. А. Воздействие физических факторов на сохранность картофеля // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. тр. Ставрополь: АГРУС. 2011. С. 172-175.

7. Лысаков А. А. Влияние электрофизических способов обработки на сохранность клубней картофеля // Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение для инновационного развития агропромышленного комплекса : сб. науч. тр. 5-й Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии - основа эффективного развития агропромышленного комплекса

References

1. Lysakov A. A., Samarin F F. Modern technologies of potato storage//methods and technical means of increasing the effectiveness of the use of electrical equipment in industry and Agriculture: sat. researcher. tr. Stavropol: AGRUS. 2010. P. 185-188.

2. Nikitenko G. V., Lysakov A. A., Samarin F F Use electro-physical methods of processing potatoes to reduce his loss//Methods and technical means of increasing the effectiveness of the use of electrical equipment in industry and Agriculture: sat. researcher. tr. Stavropol: AGRUS. 2010. P. 189-191.

3. Lysakov A. A., Zabilyan I. V. Improvement of potato storage using physical factors// Methods and technical means of increasing the effectiveness of the use of electrical equipment in industry and Agriculture: sat. researcher. tr. Stavropol: AGRUS. 2011 P. 160-163.

4. Nikitenko G. V., Lysakov A. A., Samarin F F Electromagnetic device to reduce losses of potatoes during storage//Agricultural science and Technology Achievements. 2010. № 9. P. 71-72.

5. Lysakov A. A. New ways to store potatoes // Methods and technical means of increasing the effectiveness of the use of electrical equipment in industry and Agriculture: sat. researcher. tr. Stavropol: AGRUS. 2011 P. 168-171.

6. Lysakov A. A. Influence of physical factors on safety of potatoes//Methods and technical means of increasing the effectiveness of the use of electrical equipment in industry and Agriculture: sat. researcher. tr. Stavropol: AGRUS. 2011. P. 172-175.

7. Lysakov A. A. Influence of electro-physical methods of preservation processing potatoes // resource saving technologies and technical support for the innovative development of agroindustrial complex: Sat. researcher. tr. 5-th intern. researcher Scient. CONF. "Innovation is the basis for the effective development of the agro-industrial complex of Russia" (Zernograd, Rostov region, GNU SKNIIMESH, agricultural sciences 27-28 May 2010 r.). Zernograd, 2010. P. 285-289.

№ 4(20), 2015

России» (г. Зерноград, 27-28 мая 2010 г.). Зерноград, 2010. С.285-289.

8. Лысаков А. А. Влияние различных физических факторов на сохранность картофеля // Вестник АПК Ставрополья. 2012. № 1. С.14-16.

9. Лысаков А. А. Влияние электромагнитного поля на сохранность клубней картофеля // Сборник научных докладов ВИМ.

2012. Т. 1. С. 766-770.

10. Пат. на полезную модель 113630 Российская Федерация. Д01Р25/00 (2006.01) Аппарат электромагнитной обработки клубней картофеля / Г В. Ники-тенко, А. А. Лысаков, И. В. Забилян. № 2011120196/13 ; заявл. 19.05.2011 ; опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6. 1 с.

11. Пат. на полезную модель 98860 Российская Федерация. Д01Р25/00 (2006.01) Аппарат электромагнитной обработки клубней картофеля / Г В. Никитенко, А. А. Лысаков, Ф. Ф. Самарин. № 2010125290/21 ; за-явл. 18.06.2010 ; опубл. 10.11.2010, Бюл. № 31. 2 с.

12. Лысаков А. А. Разработка ряда аппаратов магнитной обработки поливной воды с использованием теории нелинейного подобия : дис. ... канд. техн. наук / СтГАУ. Ставрополь, 2003. 184 с.

13. Лысаков А. А. Разработка ряда аппаратов магнитной обработки поливной воды с использованием теории нелинейного подобия : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия. Зерноград, 2004. 18 с.

14. Лысаков А. А. Разработка ряда аппаратов магнитной обработки поливной воды с использованием теории нелинейного подобия : моногр. Ставрополь : Изд-во "Курсив", 2012. 132 с.

15. Лысаков А. А. Новые способы уменьшения потерь картофеля при его хранении // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. тр. Ставрополь.

2013. С. 165-171.

8. Lysakov A. A. Influence of different physical factors on safety of potatoes//Herald of the AGROINDUSTRIAL COMPLEX of Stavropol. 2012. № 1. P. 14-16.

9. Lysakov A. A. Influence of electromagnetic field on the preservation of potatoes// Collection of scientific reports WIM. 2012. So. 1. P. 766-770.

10. Pat. 113630 Russian Federation. A01F25/0000 (2006.01) Apparatus electromagnetic processing Potato tubers [text]/ G. V. Nikitenko, A. A. Lysakov, I. V. Zabilyan. № 2011120196/13; Appl. 19.05.2011. Feb 27, Director. № 6. 1 c.

11. Pat. 98860 Russian Federation.A01F25/0000 (2006.01) Apparatus electromagnetic processing Potato tubers [text] / G. V. Nikitenko, A. A. Lysakov, F. F. Samarin. № 2010125290/21; Appl. 18/06/2010. 10.11.2010. № 31. 2 c.

12. Lysakov A. A. Number of devices for magnetic water treatment using non-linear theory of similarity: DIS. ... Cand. Tech. Science / Stavropol State Agrarian University. Stavropol, 2003. 184 p.

13. Lysakov A. A. Number of devices for magnetic water treatment using non-linear theory of similarity: katege. dis. ... cand. tech. sciences / Azov-Black Sea State agroengineering academy. Zernograd, 2004. 18 c.

14. Lysakov A. A. Number of devices for magnetic water treatment using non-linear theory of similarity. The monograph. - Stavropol : Publishing House "Kursiv", 2012. -132 p.

15. Lysakov A. A. New ways to reduce losses of potatoes during storage // Methods and technical means of increasing the effectiveness of the use of electrical equipment in industry and Agriculture: sat. researcher. tr. Stavropol: AG RUS. 2013. P. 165-171.